排沙漏斗三维涡流流场脉动特性研究

本文利用激光多普勒测速仪(LDA)对排沙漏斗三维涡流流场的脉动特性进行了测试研究, 测试结果表明: 排沙漏斗流场的切向紊动强度大于径向及轴向的紊动强度, 中间低速带的紊动强度大于两端自由涡及强迫涡控制区的紊动强度. 紊动切应力的理论分析与测试结果均证明排沙漏斗三维流场是一个各向异性流场. 本文还分析了排沙漏斗脉动特性对输沙过程的影响, 对如何更好地优化排沙漏斗结构提出了看法.     

排沙漏斗流场特性与排沙机理研究

排沙漏斗是一种截沙率高、耗水率小的二级泥沙处理设施。为了进一步探明排沙漏斗的流场特性和排沙机理,该文采用声学多普勒流速仪(ADV)对排沙漏斗立轴螺旋流进行了三维流场测试,采用雷诺应力模型(RSM)和VOF方法数值模拟了排沙漏斗内清水流场,计算的水流时均流速分布与实测结果吻合良好。通过数值模拟方法得到了全面详细的排沙漏斗流场结构信息,并据此分析了排沙漏斗的排沙机理,提出二次流是排沙漏斗能够顺畅高效排沙的关键。     

排沙漏斗悬板径向坡度对流场影响的试验研究

为了弄清楚溢流悬板径向坡度改变对排沙漏斗流场的影响,通过物理模型试验方法,利用粒子图像流场测速技术(PIV)对悬板径向坡度分别为0、0.087、0.173、0.259时的排沙漏斗模型三维速度场进行了量测,并结合排沙漏斗工作原理对各工况下的切向速度、径向速度、垂向速度及流线进行了对比分析。结果表明:随着悬板径向坡度增加,漏斗室内旋流强度增大,空气涡面积增大,排沙耗水率降低,泥沙颗粒向室内运动机率增大,淤积在悬板上的可能性减小;悬板坡度对漏斗室内的二次流强度和形成位置影响较大,其中坡度为0.173时二次流最为稳定,坡度为0.259时,无二次流形成,不利于底部泥沙输移至排沙底孔;垂向速度分布结果表明坡度为0.259时过渡区垂直向上流速较少,泥沙落淤悬板或者随流溢出的机会最小,但垂直速度相比切向速度和径向速度而言较小,且过渡区范围很小,对悬板落淤和截沙率的影响可以忽略不计。     

排沙漏斗的水流特性试验研究及其工程应用

根据排沙漏斗模型试验资料，通过对比分析排沙漏斗清、浑水流场特性，初步探明了排沙漏斗的水流结构和输沙机理。同时，排沙漏斗的原型观测和实际应用表明，排沙漏斗的实际工程应用是成功的，与曲线沉沙池和厢形沉沙池等传统工程措施相比，它具有截沙率高、排沙耗水量小、造价低等特点。     

排沙漏斗水流结构及对输沙过程的影响

经过十多年研究与总结，新疆农业大学相继推出了两种不同型式的排沙漏斗结构形式，分别用于排除来流中的推移质及悬移质泥沙。模型试验及部分原型观测的资料表明，其排沙效果好，且耗水量小。本文首次利用激光多普勒测速仪（ＬＤＡ）测试了其中一种结构形式排沙漏斗的三维螺旋流流场，对其时均流特性及紊动特性进行了分析和研究。同时还分析了其对输沙过程所产生的影响，为进一步优化此类型排沙漏斗的体型打下了基础     

排沙漏斗的水力分析计算

排潲漏斗具有独特的水力特性和省排沙的效果，根据试验，原型观测研究及实际设计的经验，分析了排沙斗内的水流特性，提出了排沙漏斗的水力计算方法，探讨其设计的理论依据。     

平房子灌区排沙漏斗悬板开孔位置优化研究

在排沙漏斗工程设计中，悬板非溢流区开孔可以获得更好的水沙分离性能，具有良好的工程应用前景。文中以平房子灌区渠首排沙漏斗为例，利用数值模拟的方式探讨了不同悬板开孔位置对排沙漏斗工程效果的影响，确定了悬板开孔位置的最佳方案，其成果可为工程设计和相关研究提供借鉴。     

排沙漏斗切向流速分布规律的研究

经过多年的理论与实践研究，螺旋流排沙的原理与效果已被广大水利工作者所认同，但对其水流结构的研究成果并不多见。本文首先对排沙漏斗水流结构中最重要的部分，即切向流速分布规律进行了理论分析，然后利用激光多普勒测速仪对其进行了测试研究，为全面研究排沙漏斗水流结构提供了重要的参考依据。     

漏斗排沙在陕西省泾惠渠灌溉供水中的应用

许多传统的沉沙设施因只能排除引水中40%左右的来沙,但排沙耗水量亦要占引水量的30%,致使这些设施90%以上都搁置或报废。新建沉沙池投资大,占地多,使许多管理单位难以承受。漏斗式排沙技术利用三维漏斗涡流特性所独有的水沙分离作用,还承受科氏力的影响,水沙分离作用显著。泾惠渠排沙漏斗直径60m,是目前国内最大的排沙漏斗。其应用证明漏斗排沙是解决陕西省多泥沙河流引水的重要途径。     

排沙漏斗截沙率计算

排沙漏斗是经过15年系列模型试验及原型观测研究成功的排沙设施,该设施工程设计时的截沙率一般通过试验测得。文章根据多年原型工程的运行经验,分析了影响排沙漏斗截沙率高低的主要因素,通过量纲分析给出了各因素与截沙率之间的函数关系,结合室内系列模型试验,运用数值分析的方法推导出排沙漏斗截沙率的计算公式,并利用实际工程的原型观测资料对所推导的公式进行对比验证。结果表明,该公式的计算误差不超过±5%,可供今后排沙漏斗工程设计计算参考。     

平板闸门小开度闸后水流特性数值模拟

现采用Fluent软件进行数值模拟,结合高水头平板闸门小开度的水工模型试验,对影响闸后水流特性的主要因素闸前水头和闸门开度进行研究,运用Fluent软件建立合理的数学模型进行模拟计算,并将计算结果与物理模型试验实测数据进行对比,两者吻合良好,且能较好反应平板闸门小开度闸后水流特性。表明应用数值模拟的方法研究平板闸门小开度闸后水流特性是可行的,并对数值模拟结果进行分析,得到相关规律。     

急弯段闸孔出流的弯道水流特性研究

在河弯处修建水工建筑物时,研究弯道水流特性对水工建筑物布置的影响十分重要。采用RNCκ-ε紊流模型对急弯段闸孔出流的弯道水流进行了三维数值模拟。通过模拟计算,比较分析了急弯段不同闸位、不同流量条件下闸孔过流时的流速分布、紊流动能、压强分布和环流等相关水流特性与变化规律。分析研究结果表明,闸坝位于弯道上游时,弯道对闸坝过流的影响最小,但需对闸坝下流弯道凸岸岸坡附近区域采取一定的防护措施;闸坝布置在弯道中游时,过闸水流受弯道的影响最小,闸室水流的稳定性、闸门的工作安全以及闸墩的空蚀破坏都是实际工程中需要注意的重点。数值模拟验证与物理模型试验结果吻合较好,计算精度较高,能够满足相关计算研究要求。     

导流墙对闸后三元水流特性的影响

为避免或减轻多孔水闸少数孔开启时产生的突扩式三元水跃及次生二次水跃对闸后防冲设施及河道的冲刷破坏,针对平板闸门单孔开启和连续3孔开启情况,在消力池中分别设置4种不同长度导流墙,通过物理模型试验和三维数值模拟研究了相应水跃特性及流速、流态特征。模型比尺采用1:100,数值模拟采用RNG k-ε紊流模型和VOF方法。结果表明:在连续3孔闸门开启,闸门开度为1 m的试验条件下,导流墙长度为消力池长度的50%, 60%, 75%和100%时与未加导流墙情况相比,跃后水深分别降低了4.16%, 1.66%, 1.94%和2.22%;二次水跃距离分别缩短了17.14%, 14.29%, 2.86%和1.43%。导流墙长度为消力池长度的50%时跃后水深与二次水跃距离降幅最大,海漫上流速分布更加均匀。试验结果可为闸下消能设计和工程运行管理应用提供借鉴和参考。     

双孔护镜门闸顶泄流水动力特性与流态特征的三维数值模拟研究

江苏南京三汊河河口闸工程采用双孔护镜闸门,为了准确揭示其典型挡水工况下(大闸门关闭,闸顶溢流)闸后水流的水动力特性与流态特征,本文建立了基于时均雷诺方程和RNG k-ε紊流模型方程的封闭模型方程组,对河口闸典型挡水工况的泄流流态进行了三维数值仿真研究。采用非结构化四面体网格和分体网格技术对复杂边界条件下的数值模拟进行优化。计算结果与物理模型试验结果吻合良好,揭示了典型挡水工况下水闸下游水流流态、涡漩结构规律和流速分布特征,对这种新型闸门的安全运行与结构稳定具有重要意义。     

模拟突放水体问题的SPH方法

采用SPH方法数值模拟了二维方形水箱突放水体各时刻流动的情况,计算结果表明:模拟过程中,整个水体的密度和速度值变化不大,而压强值变化比较大。数值模拟粒子分布图可以显示出各时刻整个水体的流态、各时刻闸门开启情况及闸门对周围水体流态的影响等,闸门开启的1.460 3 s时刻,闸门左侧部分水体有相对下降缓慢的特殊流态。     

河闸泄流特性及对应洪水淹没范围模拟试验研究

为验证数值模拟与物理模型试验在河流水动力、河闸泄流特性及洪水淹没模拟方面的适用性,以盘锦市辽河口段双台子河感潮河段为研究对象进行了物理模型试验,随后基于MIKE系列软件(MIKE11/21/FLOOD)构建了河流水动力及洪水淹没数值模型,并与物理模形试验相互对比验证。结果表明:数值模型与物理模型模拟结果相近,两者在实际应用中各具特点与优势。     

南京三汊河口人行桥修建对上游河口闸泄流的影响

针对南京三汊河口人行桥修建对上游河口闸泄流的影响,应用河工模型进行了研究。根据2014年1月实测的地形资料,建立了水平比尺100、垂直比尺50的三汊河口河工模型。试验数据在与数值计算数据对比的基础上,研究了人行桥建设前后闸下水位、流速等水力要素的变化情况。结果表明,人行桥修建后桥墩上游水位有所升高,流速有所降低,河道主流线向左略有偏移,但影响较小,不会产生河口闸泄流、行洪的安全问题。     

杨房沟水电站截流进占水力特性数值模拟分析

为分析比选杨房沟水电站截流工程进占方案,通过建立相关三维数值模型,采用水力模拟计算技术对单戗堤单向及双向立堵进占方式的水流条件进行了计算,并将单向立堵进占数值模拟计算结果与物理模型试验结果进行了对比分析。结果表明:三维数值模拟与试验结果较为吻合,计算结果偏于安全;同时指出在现场条件允许的情况下,双向立堵进占能够有效降低该工程截流难度。     

泄水闸开启方式对通航水流条件的影响

为研究闸门开启方式对枢纽下游引航道口门区水流特征及通航水流条件的影响,以北江白石窑枢纽泄水闸为例,针对不同闸门开启方式对下游引航道口门区通航水流条件的影响开展三维数值模拟研究。结果表明:在较小流量情况下,闸门开启方式对下游引航道口门区通航水流条件影响较小;当流量较大时,闸门开启方式对下游引航道口门区通航水流条件影响较大。对于白石窑枢纽泄水闸,单开左岸泄水闸,或集中开启左岸泄水闸并间隔开启右岸泄水闸,下游引航道口门一线船闸航道右侧将不能满足通航水流条件要求。为保证船舶航行安全,建议该工程在下泄洪水时尽可能开启右岸泄水闸,或均匀开启全部泄水闸。